Funktionsweise
Die ARC-Nadel ist eine passive, in ihrer Steifigkeit einstellbare und gezielt ablenkbare koaxiale Nadel. Sie wurde entwickelt, um den Zugang und die Präzision bei bildgeführten perkutanen Eingriffen zu verbessern, ohne die Systemkomplexität zu erhöhen. Bei Bedarf ermöglicht sie kontrollierte Trajektorienabweichungen nur dann, wenn sie benötigt werden, kann aber ebenso wie eine konventionelle gerade Nadel verwendet werden.
Im Gegensatz zu aktiv angetriebenen oder sensorbasierten steuerbaren Nadeln erzwingt oder kompensiert die ARC-Nadel die Nadel–Gewebe-Interaktion nicht. Stattdessen nutzt sie gezielt die natürliche Interaktion zwischen einer abgeschrägten Spitze und dem umgebenden Gewebe, um in eine bevorzugte Richtung auszuweichen. Die Steifigkeit am distalen Ende wird dabei lokal verringert, indem Festkörpergelenke (flexible Segmente) selektiv entriegelt werden.
Funktionsprinzip
Die ARC-Nadel ermöglicht den innovativen Ansatz eine Insertion, mehrere Ziele. Bei der Insertion verhält sich die ARC-Nadel wie eine herkömmliche koaxiale Nadel. In Zielnähe wird die Steifigkeit verringert, um die geplanten Trajektorienabweichungen auszuführen. Die Richtung der Auslenkung wird durch die Orientierung der abgeschrägten Spitze bestimmt.
Durch diese Vorgehensweise sind wiederholte Punktionen nicht mehr notwendig, die Eingriffszeit wird verkürzt und die mit Mehrfachinsertionen verbundenen Risiken werden reduziert, wie Infektionen oder Gewebetrauma.
Darüber hinaus ermöglicht die Fähigkeit, nicht-geradlinige Trajektorien zu erzeugen, den Zugang zu anatomisch eingeschränkten Regionen, die mit konventionellen geraden Nadeln nicht erreichbar sind.
Industrielle und regulatorische Relevanz
Aus industrieller Sicht basiert die ARC-Technologie auf einer rein mechanischen Architektur, ohne integrierte Elektronik, ohne aktiven Antrieb und ohne komplexe Regelung. Dies unterstützt Robustheit sowie Sterilisierbarkeit, und erleichtert sowohl die Herstellung als auch die regulatorische Kompatibilität bei gleichzeitig niedrigen Integrationskosten.
Kompatibilität und Integration
Von Grund auf ist die ARC-Nadel mit gängigen Bildgebungsmodalitäten kompatibel, darunter Ultraschall, Fluoroskopie, Computertomographie (CT) und MRT, und eignet sich sowohl für den manuellen Einsatz als auch für robotische Assistenz.
Die Freiheitsgrade bleiben einfach und entkoppelt: lineare Translation für Insertion und Anpassung der Steifigkeit sowie axiale Rotation. Letztere bestimmt die Richtung der Auslenkung direkt über die Orientierung der abgeschrägten Spitze. Dadurch lässt sich die ARC-Nadel leicht in robotische oder teleoperierte Systeme integrieren, ohne komplexe Antriebe oder Regelungsschemata zu erfordern.
Zielanwendungen
Die ARC-Nadel ist für fortgeschrittene bildgeführte perkutane Interventionen konzipiert, bei denen konventionelle gerade Nadeln geometrische oder anatomische Einschränkungen mit sich bringen. Besonders wertvoll ist das System bei Eingriffen, die eine kontrollierte Umlenkung, das Erreichen mehrerer Ziele oder die Optimierung von Sicherheitsrändern erfordern, während gleichzeitig ein vorhersagbares und reproduzierbares Verhalten beibehalten wird.
- Thermische Ablation (Radiofrequenz, Mikrowelle, Kryoablation), die den Zugang zu mehreren Läsionen, Satellitenknoten oder zirkumferenziellen Sicherheitsrändern über eine einzige Insertionsbahn ermöglicht — insbesondere in anatomisch eingeschränkten Regionen.
- Biopsieverfahren, die eine In-situ-Verfeinerung der Trajektorie und die Probenentnahme aus räumlich getrennten Regionen ohne wiederholte Hautpunktionen erlauben und damit Gewebetrauma und Eingriffszeit reduzieren.
- Platzierung von Fiducial-Markern, zur Verbesserung der Platzierungsgenauigkeit in komplexen Geometrien und in der Nähe kritischer Strukturen, bei gleichzeitiger Minimierung der Anzahl der Zugangspunkte.
- Brachytherapie, die den Zugang zu geplanten Zielvolumina durch kontrollierte Abweichungen erleichtert, während die Kompatibilität mit standardmäßigen dosimetrischen Planungs-Workflows erhalten bleibt.
Erweiterte und grenznahe Anwendungen
- Gezielte Medikamentenapplikation und intratumorale Injektionen, insbesondere in heterogenem, verformbarem oder schwer zugänglichem Weichgewebe, bei dem die räumliche Präzision die therapeutische Verteilung direkt beeinflusst.
- Drainage und Zugangsverfahren, die feine Trajektorienanpassungen bei der Navigation in der Nähe von Gefäßen, Gängen oder anderen vulnerablen Strukturen ermöglichen.
